Geokaching en Marte: cómo la persistencia sella muestras de Marte con retorno a la Tierra en la mente

Con la ventana de lanzamiento de 20 días para la misión de marzo de 2020 acercándose rápidamente, el emocionante tren para la próxima gran misión al Planeta Rojo realmente se está acumulando. Y con razón: la misión Mars 2020 ha estado funcionando durante la mayor parte de una década y, como informamos a principios de este año, la nave espacial que entrega a la superficie marciana, desde la llamada Persistencia, estará entre las más complejas. tales dispositivos una vez lanzados.

“Percy” - vamos, ese apodo es natural - es un laboratorio móvil, capaz de explorar la superficie marciana en busca de evidencia de que la vida haya encontrado su camino allí, y hacer el trabajo básico si alguna vez vamos nosotros mismos. . El vehículo de investigación nuclear funciona con instrumentos científicos, y asumiendo que sobrevivirá a los “Siete Minutos del Terror”, así como a su hermano gemelo Curiosity en 2012, deberíamos detectar algunos resultados sorprendentes.

Ninguna misión anterior a Marte estaba mejor equipada para responder a la pregunta esencial: "¿Estamos solos?" Pero no importa cuán capaz sea la persistencia, existe un límite en la cantidad de ciencia que se puede empaquetar en algo que cuesta millones de dólares el kilogramo para llegar a Marte. Entonces, la NASA decidió equipar a Perseverance con la capacidad no solo de recolectar muestras geológicas, sino de empaquetarlas y depositarlas en la superficie del planeta para esperar una misión futura que las recogerá para un viaje de regreso a la Tierra para un estudio más detallado. . Es audaz y reflexivo, y es diferente a todo lo que haya probado antes. En muchos sentidos, el sistema de muestreo de Perseverance pertenece al vehículo de investigación hay una razón, y es el tema de esta inmersión profunda.

Tres robots en uno

La NASA ha hecho su admirable trabajo habitual de comunicarse con el público sobre la misión de marzo de 2020, y parte del lanzamiento incluye este video reciente que muestra un poco de la ingeniería que se utilizó en la manipulación de la muestra. Honestamente, sin embargo, por tanto te eyenika ojos dulces como ese video, solo sirvió para abrirme el apetito. Tanto es así que tuve que averiguar más.

Para reflexionar un poco sobre la historia interna, me dirigí a Kelly Palm, uno de los ingenieros de JPL que se ven en el video a continuación. Como líder de integración y pruebas para el sistema de caché de muestras (SCS), está bastante ocupada en este momento, pero amablemente presentó mis preguntas y me ayudó a darme una idea de lo que construyó y probó un equipo tan complejo.

Primero, el SCS realmente no es solo uno, sino tres robots separados, cada uno con un conjunto específico de trabajos. El "extremo comercial" del SCS es el brazo robótico de 2 metros de largo montado en la parte delantera del vehículo. Me gusta Nosotros resbalaremos frente a él, el brazo lleva una torre cargada de instrumentos científicos, sensores y cámaras, así como las herramientas necesarias para perforar las rocas marcianas y tomar muestras. Pero a diferencia de su predecesor, donde el taladro de roca fue diseñado para vaciar rocas y producir polvo fácilmente analizable con instrumentos a bordo, el taladro Perseverance está especializado para obtener muestras de testigos, aptas para el estudio a bordo y en laboratorios terrestres después de que se devuelven las muestras.

El taladro en la torreta del brazo del robot es una herramienta bastante versátil. Con la ayuda del carrusel de brocas (más sobre eso a continuación), el taladro puede conectar brocas diseñadas para varios trabajos. El taladro puede funcionar en modo de rotación simple o en modo de tambor, similar a un taladro percutor. Se utiliza un pequeño tanque integrado de nitrógeno purificado para eliminar suavemente el polvo generado por las operaciones de caricias.

Detalle del sistema de rotura y retención de núcleos. Fuente: Honey Bee

Insertar una roca a una profundidad limitada con una broca cilíndrica plantea una pregunta: ¿cómo se recupera exactamente el núcleo? En la Tierra, la respuesta sería usar una segunda herramienta para espiar el cilindro de roca que queda después de que se retira la pieza central. Si bien algo como esto ciertamente también podría funcionar en Marte, especialmente con un brazo robótico a su disposición, la NASA ha creado un sistema mucho más inteligente.

Según las pruebas del proyecto realizadas por una empresa llamada Honeybee Robotics en 2014, liberar el núcleo de la roca madre y encerrarlo en el tubo de muestra en el que vivirá hasta que se vuelva a abrir en un laboratorio en la Tierra es un proceso de un solo paso. Dentro de la pieza central se coloca un tubo de muestras de titanio. Durante la caricia, el eje del tubo de ensayo y la pieza acariciadora se alinean entre sí, de modo que el tubo se desliza sobre el núcleo de roca mientras continúa la perforación. A la profundidad adecuada, el tubo de muestra gira ligeramente fuera del eje, ejerciendo suficiente fuerza en la base de la muestra de núcleo para romperlo de la roca madre. El núcleo está retenido por un labio en la parte interior de la broca de perforación, lo que permite sacarlo del orificio, ya dentro del tubo de muestra de titanio en el que permanecerá hasta la misión de retorno de la muestra.

Sellado por Ram

Carrusel de bits que cruza bits y muestras de vertical a horizontal con un solo eje de rotación. Fuente: Misión Mars 2020 de Ken Farley

El carrusel de bits es el siguiente robot en el almacenamiento de muestras. Sentado en la parte delantera del chasis del rover, el pequeño carrusel es aparentemente simple: solo una torreta giratoria que transporta piezas hacia y desde el almacenamiento en el vientre de Perseverance. Pero lo que le falta en complejidad está más que compensado por su inteligente diseño. El cuerpo del carrusel es una rueda con estaciones alrededor del borde. Cada estación está en un ángulo de 45 ° con respecto al eje del rotor, que a su vez está orientado a 45 ° con respecto al eje largo del chasis. La combinación de ángulos significa que un tubo puede pasar de vertical a horizontal simplemente girando el carrusel con un motor. Hay muchos sensores y aceleradores que se aseguran de que todo esté alineado, por supuesto, pero la simplicidad del diseño realmente es algo.

Sistema de sellado de tubos de muestra. El sello (amarillo) se deja caer en el tubo de muestra y la férula (gris) se empuja a lo largo de una varilla guía para expandir el sello en las paredes del tubo. Fuente: Redmond, Laura et al. "Proyecto de mecanismo de sellado robusto para tubos de muestras a partir de marzo de 2020", J. Nave espacial y cohetes

La capacidad de transmitir herramientas y muestras entre las orientaciones horizontal y vertical es fundamental para la memoria caché de muestras, ya que el robot que se encarga de almacenar todo reside dentro de la sección frontal del chasis del vehículo de investigación. El Sample Manipulation Arm, o SHA, se parece un poco a los robots SCARA (brazo robótico articulado de conformidad selectiva), que son comunes en los semiconductores. El SHA puede acceder a múltiples ubicaciones dentro del compartimiento de retención de muestras y transmitir entre ellas y el área de presentación del carrusel de bits. Para drenar los instrumentos y tubos de ensayo que ocupan la mayor parte del espacio en la bahía, el SHA tiene un eje Z adicional para que todo pueda caer debajo del borde inferior del chasis del rover. Además de 42 silos de almacenamiento para tubos de muestra regulados y de núcleo, el SHA puede lograr el almacenamiento de una serie de herramientas y aditivos, además de instrumentos para realizar un análisis preliminar de las muestras, como evaluación de volumen e imágenes.

Una vez que se llena un tubo de muestra, debe sellarse herméticamente para garantizar que el contenido sobreviva durante un período indefinido de tiempo en la superficie del mar y también resistirá los rigores del eventual viaje de regreso a la Tierra. El sello debe hacerse sin contaminación de la muestra, por lo que no se puede usar pegamento y tampoco se puede usar calor, para que la muestra no esté sujeta a temperaturas extremas.

Para sellar un tubo de muestra, el SHA lo lleva a uno de los siete selladores. Un tapón en forma de copa se deja caer en el extremo abierto del tubo mediante un dispensador. El tubo tapado se mueve luego a una estación de sellado, que utiliza un ariete motorizado para mover una férula puntiaguda a lo largo de una varilla guía dentro del obturador. A medida que se presiona la férula, el borde del tapón se expande, moviendo un diente afilado en su circunferencia exterior hacia la pared interior del tubo de ensayo. El resultado final es esencialmente una conexión soldada en frío entre la tapa y el tubo de muestra, sellando herméticamente el tubo y protegiendo la muestra de la contaminación.

Devolver al remitente

Una vez que una muestra ha sido sellada en su sarcófago titánico, está lista para ser depositada en la superficie marciana. La mayoría de los perfiles de misión que pude encontrar se relacionan con el uso de la “conservación de depósitos”, donde Perseverance regresa repetidamente a un solo lugar desde varias regiones de interés para depositar tubos de muestra. Esto tiene mucho sentido; encontrar una gran masa de 42 tubos de titanio es probablemente una tarea mucho más fácil para una futura misión de recuperación que deambular en busca de tubos individuales caídos donde fueron llevados.

Como geokaching, pero en Marte. La estrategia Depot Caching que se utilizará en Jezer Crater. Fuente: NASA.

Sin embargo, cualquier robot que se envíe a limpiar después de Persistence tiene mucho trabajo por delante; dado que el SHA no puede llegar a la superficie, los tubos deberán dejarse caer, lo que significa que probablemente el robot de recuperación no encontrará una pila adecuada de tubos de ensayo. Lo que sea que siga los pasos de Perseverance necesitará la habilidad para recoger y almacenar de forma segura cada precioso tubo de muestra independientemente de su orientación, tal vez después de excavar un Regolito arrastrado por el viento, y la inteligencia para hacer todo de forma independiente.

Con un poco de suerte, Perseverance pronto irá a Marte, y cuando se lance y cuando aterrice en febrero, estaremos pegados a nuestros asientos esperando los resultados. También seguiremos el desarrollo de la misión de retorno, que podría resultar aún más difícil y requerir una ingeniería aún más fría.

Imágenes destacadas: NASA / JPL-Caltech

  • mjrippe dice:

    Gracias por la investigación adicional, ¡siempre me encanta ver artículos sobre exploración espacial en HAD!

  • rclark dice:

    ¡Bien! ¡Gracias! ¡Y la persistencia está en camino ahora y todo se ve bien! Ahora para ver después de unos 6 meses ...

  • DKE dice:

    Uhm ... ¿por qué?
    Por eso, en la actualidad carecemos de la tecnología para recolectar y devolver estas muestras.
    ¿Cambiarán mucho las rocas en el suelo marciano desde ahora hasta el momento en que podamos recolectarlas?
    Cada misión futura para recolectarlos ahora debe aterrizar "al alcance" de estas muestras de caché. No pretendo ser un científico espacial, pero parece una tarea mucho más difícil que desenterrar algunas muestras de núcleos frescos de donde sea que lleves a cabo esa misión.
    Entonces, ¿por qué dedicar el tiempo, el esfuerzo y la masa para recolectar y almacenar estas muestras?

    • Miroslav dice:

      Pensé lo mismo.

    • macsimski dice:

      Peso. Hay espacio en esta misión solo para el paso de adquisición, no para el paso de retorno.

      • Fred Dinkler dice:

        Esta. Siempre se trata de masa. Es posible que un vehículo de lanzamiento de retorno no tenga el presupuesto masivo para un simulacro.

    • RW versión 0.0.1 dice:

      No parece demasiado inteligente. Puede ser una cuestión de validar el rendimiento del análisis del polvo de la encuesta más adelante. Entonces conocemos ese método es confiable si enviamos una encuesta a algún lugar que no sea tan fácil de recuperar como Alpha Centauri.

    • Lobo dice:

      Debe proteger contra futuras naves espaciales, especialmente aquellas con personas a bordo que podrían llevar los microbios de la Tierra a Marte.

      Estos contenedores eliminarán la duda de que si encontramos algo, estaba allí antes de la visita.

      • tekkieneet dice:

        O naves espaciales de * Otros países * (por ejemplo, China, Emiratos Árabes Unidos) que pueden no observar el mismo nivel de preocupación por no importar contaminantes a Marte.

        • rclark dice:

          Yo no los llamaría contaminantes ... De hecho, necesitamos traer algunos organismos / microbios seleccionados a Marte que podrían sobrevivir / mutar en algunos lugares para comenzar el proceso de configuración de la tierra ... Que comiencen los experimentos para ver si ¡Es posible dar vida a un mundo muerto! Quién sabe…. a tiempo…

          Sin embargo, me parece que debería poder diseñar un laboratorio portátil para analizar los núcleos en el sitio. O al menos recógelos y guárdalos en el Rover usando algo tan simple como un electroimán para el pick-up y colócalos en una canasta unida a un rover ... Luego solo tienes que ir a un lugar (donde sea que el vehículo de investigación es) para encontrar tu camino. Reposabrazos cuarto de sillón ....

        • RW versión 0.0.1 dice:

          Realmente, India solo bombardeó la luna con ondas retardadas.

      • Recolectar dice:

        Así es. Puede ser que la primera nave con capacidad de retorno tenga 9 m de ancho y 50 m de alto. ¡Buena suerte esterilizando a ese mamut!

    • Hirudinea dice:

      Probablemente un reconocimiento silencioso de que no enviaremos humanos a Marte en el corto plazo (como, por ejemplo, feliz 2200).

      • RW versión 0.0.1 dice:

        Pensé que el plan es enviar a todos los ricos lo antes posible para que podamos continuar creando una poseconomía.

    • Foldi-One dice:

      No olvide que es una plataforma móvil, por lo que además de las otras buenas razones ya mencionadas antes de la llegada de la misión de recolección, las muestras serán relativamente largas para una búsqueda más extensa. Al menos asumiendo que el vehículo de investigación sobrevive a un aterrizaje y completa la tarea. Permitir que la muestra recupere un vehículo en el suelo durante un tiempo muy corto para una ventana de vuelo más eficiente y menos posibilidad de tormenta de polvo, etc. que perjudique la operación.

    • ALINOME el A dice:

      Un vehículo de investigación solo pesa 1.025 kg (2.260 unidades de libertad). Necesita un escáner, un escudo térmico ... es pesado. Muy pesado.

      La misión de retorno consiste no solo en un cohete que puede llevar las muestras del núcleo a la órbita de Marte (solo esto es aproximadamente 4,1 km / s delta-V, por lo que es un cohete bastante grande), sino también en otra nave espacial con la que entregará la carga útil y volver a casa (un delta-V adicional de 4-4,5 km / s). También necesitará un escudo térmico pesado para sobrevivir a la reentrada atmosférica de la Tierra.
      Todo esto es MÚLTIPLES TONELADAS de peso adicional que incluso un Delta V-weight completamente decorado simplemente no tendría el músculo para llegar a Marte en una misión, por lo que una segunda misión futura.

      • RW versión 0.0.1 dice:

        Eso es bastante estúpido, enviar un escudo de tierra a Marte, dejar un vehículo en órbita fácilmente plegable.

        • Recolectar dice:

          Un vehículo de retorno permanece en órbita alrededor de Marte en la versión de la muestra de la misión de retorno sobre la que leí y se acopla a un vehículo de lanzamiento que transporta muestras de la superficie.

          De todos modos, su objetivo es dejar el vehículo de reentrada en órbita alrededor de la Tierra, luego sabe que la inserción orbital de Marte es difícil y requiere combustible, por lo que Percy no lo hará, al igual que Curiosity no lo hizo. Regresar requiere una cantidad similar de combustible, pero romper en la Tierra sería casi imposible. El combustible de entrada orbital terrestre pesaría un poco de escudo térmico probablemente en términos de tamaño.

    • jpa dice:

      También comparte el riesgo. Si el taladro + sello + depósito falla por alguna razón, no han gastado una gran cantidad de recursos y un presupuesto masivo de la misión para un cohete de retorno inútil. Cuando sabe que las muestras ya están amontonadas y puede ver la pila y el área circundante con cámaras, se supone que planificar los detalles de una misión de regreso es mucho más fácil.

  • Edward Rippe dice:

    Entre 1969 y 1972 aterrizamos 6 módulos lunares en la superficie de la luna. Uno de esos aterrizajes, el Apolo 12, aterrizó a menos de 500 pies de la nave espacial Surveyor 3, que aterrizó en la luna 30 meses antes. Aquí estamos 50 años después con tecnología mejorada. ¡Sí, podemos hacer esto!

    • mjrippe dice:

      +1 papá. ¡Y +10 para inculcarme el amor por la exploración espacial hace tantos años!

  • Saabman dice:

    Solo tengo esta visión de Percy deambulando "comiendo" las rocas marcianas y luego "haciendo caca" a lo largo de su rastro. Algún tiempo después, otro robot como Rosie de The Jetsons agarró la mierda de Percy en un bote de basura ...

  • Quiche dice:

    ¿Por qué no permitir que una misión humana a Marte logre esta tarea? Parece que se necesitarán al menos 10 años para recuperar estas muestras, aproximadamente cuando se planeó la misión humana. Una misión equipada ya debe poder regresar al suelo, por lo que tendría sentido que recolectaran muestras mientras están allí.

Ricardo Prieto
Ricardo Prieto

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